Автоматизированный частотно-управляемый электропривод дымососа печи обжига кирпича завода "Стройматериалы"

Обязанности закрепленного за данной электроустановкой дежурного (оперативно-ремонтного) персонала определяются местными инструкциями, в которых должны быть изложены также основные конкретные меры по электробезопасности и пожарной безопасности применительно к эксплуатируемому электрооборудованию.

Оперативное обслуживание электроустановок может осуществляться как одним лицом, так и бригадами из двух человек и более. Численность персонала для каждого цеха, участка, подстанции определяется главным энергетиком предприятия, который является лицом, ответственным за эксплуатацию всего электрохозяйства.

При обслуживании электроустановок напряжением свыше 1000В старший в смене (бригадир) или одиночный дежурный должны иметь квалификационную группу по ТБ не ниже четвертой (4), а в электроустановках до 1000В - не ниже третьей (3) группы.

Осмотр электрооборудования, находящегося под напряжением, сопряжен с опасностью поражения электрическим током, которая возникает при случайном прикосновении к неизолированным токоведущим частям или приближении к ним на такое близкое расстояние, когда возможно перекрытие воздушного промежутка и поражение через электрическую искру (электрическую дугу). Поражение также возможно при прикосновении к металлическим корпусам и ограждениям электроустановок, имеющих вследствие повреждения изоляции замыкание на корпус в случае неудовлетворительного заземления (зануления). Поэтому лицо, производящее осмотр, должно иметь достаточную квалификацию и знание ТБ. Помимо дежурного (оперативно-ремонтного) персонала единоличный осмотр электроустановок разрешается административно-техническому персоналу службы эксплуатации, имеющему пятую (5) квалификационную группу (в установках до 1000В - четвертую группу).

Самостоятельное единоличное обслуживание электроустановок до 1000В, включая периодические осмотры, проверки, измерения и текущий ремонт, разрешается рабочим-электрикам, имеющим квалификационную группу не ниже третьей (3). Во время осмотра цехового электрооборудования запрещается выполнять какие-либо работы на этом оборудовании, за исключением работ, связанных с предупреждением аварии или несчастного случая. Так же запрещается снимать ограждения токоведущих и вращающихся частей, проникать за ограждения, касаться токоведущих частей и приближаться к ним на опасное расстояние. Дежурному электрику, обслуживающему цеховые производственные электроустановки, разрешается при необходимости открывать для осмотра дверцы распределительных шкафов, щитков, пусковых устройств и т.п., соблюдая при этом особую осторожность.

Рассмотрим процесс функционирования печи обжига кирпича:

Наряду с обжигальщиком, печь должен обслуживать слесарь-газовик и слесарь по ремонту КИПиА, прошедшие обучение. При обслуживании печей и установленных на них горелок, необходимо придерживаться действующих инструкций по их эксплуатации.

Производство ремонтных работ на действующем газопроводе разрешается только после отключения ремонтируемого участка металлической заглушкой и последующей его продувкой.

Пуск печи осуществляется по письменному распоряжению ответственного за газовое хозяйство и при наличии инструкции по ТБ на рабочем месте.

Перед пуском необходимо:

1. Убедиться, что все запорные газовые устройства закрыты, а свечи безопасности открыты.

2.Включить дымосос и провентилировать печь в течении 10-15 минут.

3.Путем обмыливания убедиться в отсутствии утечки газа.

4.Открыть задвижку на трубопроводе подачи газа в печь, расположенную на входе газопровода на печь, продуть в течении 2-3 минут, произвести анализ газа через запальник крайней горелки и убедиться что это-газ, закрыть свечу безопасности.

5.Убедиться, что давление газа в газопроводе имеет необходимую величину и проверить разрежение в печи.

6.Зажечь запальник, ввести его в запальное отверстие горелки и убедиться, что он не погас.

7.Открыть контрольный кран полностью, затем приоткрыть рабочий кран, чтобы газ на выходе из горелки зажегся от горячего запальника.

8.Вывести запальник из печи и закрыть кран на запальнике

9.Отрегулировать горение подачей воздуха и убедиться в устойчивой работе горелки.

10.В том случае, если в процессе обжига происходит отрыв или проскок пламени, печь необходимо вновь провентилировать и начать розжиг.

Порядок остановки печи:

1.Закрыть газовые краны всех горелок печи.

2.Закрыть задвижку и клапан-отсекатель на подводе газа в печь.

3.Открыть краны свечи безопасности и провентилировать печь в течении 10-15 минут.

4.Остановить дымосос.

Возможные причины нарушения аэродинамического режима в печи:

а) Снижения давления:

остановка или неисправность одного или всех дверных дымососов;

открылся шибер на системе отбора теплоносителя из зоны охлаждения;

остановился вентилятор воздушной завесы;

открыт более установленного или неисправен шибер в канале отбора дымовых газов;

б) Повышения давления:

остановка дымососа или ослабление натяжения приводных ремней;

неисправности в системе отбора теплоносителя на сушку (закрыты шибера в воздухопроводах отбора, открыты сверх допустимого шибера на разбавление, закрыт шибер в общем канале);

большая подача воздуха вентилятором под вагонеточного пространства (открыта больше установленного или неисправна регулирующая заслонка) и (или) вентилятором воздушной завесы.

Электробезопасность.

Поражение электрическим током возможно как при случайном прикосновении его непосредственно к токоведущим частям, так и к неметаллическим нетоковедущим элементам электрооборудования (к корпусу электрических машин, трансформаторов, светильников и т.п.), которые могут оказаться под напряжением в результате какой - либо аварийной ситуации (замыкания фазы на корпус, повреждение изоляции и т.п.).

Защитное зануление и заземление являются наиболее распространенными, весьма эффективными и простыми мерами защиты от поражения электрическим током при появлении напряжения на металлических нетоковедущих частях (металлических корпусах оборудования).

Опасность поражения электрическим током при прикосновении к корпусу и другим нетоковедущим частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением, может быть устранена быстрым отключением поврежденного электрооборудования от питающей сети. Для этой цели используется зануление, принципиальная схема которого в сети трехфазного тока показана на рис.11.1.

Рис.11.1.: Принципиальная схема зануления.

Обозначения на схеме:

1.Корпус;

2.Аппараты защиты от токов к.з. (предохранители, автоматические выключатели.);

R0- сопротивление заземления нейтрале источника тока;

Rп- сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;

Iк- ток короткого замыкания;

Iн- часть тока короткого замыкания, протекающая через нулевой проводник;

Iз- часть тока короткого замыкания, протекающая через землю;

0 (н.з.)- нулевой защитный проводник.

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (между фазным и нулевым проводником) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и автоматически отключить поврежденное электрооборудование от питающей сети. В качестве отключающих аппаратов используются: плавкие предохранители, автоматические выключатели, магнитные пускатели и т.д. При этом необходимо учесть, что с момента возникновения аварии (замыкания на корпус) и до момента автоматического отключения поврежденного оборудования от сети имеется небольшой промежуток времени, в течение которого прикосновение к корпусу опасно, так как корпус находится под напряжением Uф (рис.11.) и отключение его от сети еще не произошло. В этот период сказывается защитная функция заземления корпуса оборудования через нулевой защитный проводник.

Из рис.11. видно, что схема зануления требует наличия в сети следующих элементов:

1. нулевого защитного проводника;

2. глухого заземления нейтрали источника тока;

3. повторного заземления нулевого защитного проводника.

Назначение основных элементов схемы заземления:

Нулевой защитный проводник предназначен для обеспечения необходимого отключения установки значения тока путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Назначение заземления нейтрали - снижение напряжения зануленных корпусов относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.

Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника - снижение напряжения на корпус относительно земли при замыкании фазы на корпус в случае исправной схемы и в случае обрыва нулевого защитного проводника.

Согласно ПУЭ в электроустановках напряжением до 1кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства (R0), к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более величин, указанных в табл.11.1. при линейных напряжениях Uл сети.

табл.11.1.

Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений нулевого рабочего провода каждой ВЛ в любое время года должно быть не более величин, указанных в табл.11.2. при линейных напряжениях Uл.

табл.11.2 .

Область применения зануления:

1.Трехфазные четырехпроводные сети напряжением до 1000В с заземленной нейтралью.

2.Сети постоянного тока, если средняя точка источника заземлена.

3.Однофазные сети переменного тока с заземленным выводом.

Индивидуальное задание.

Расчет зануления на отключающую способность

Отключение поврежденной установки от питающей сети произойдет, если значение тока однофазного короткого замыкания (), которое искусственно создается в цепи, будет больше (или равно) значения тока срабатывания автоматического выключателя (или номинального тока плавкой вставки предохранителя ) и выполняется следующее условие:

,

где k -- коэффициент кратности тока, выбирается в зависимости от типа защиты электроустановки.

Для расчета зануления используем рисунок 11.3.

Расчет зануления сводится к проверке соблюдения следующего условия:

.

Для этого необходимо определить:

наименьшее допустимое значение тока () короткого замыкания, при котором произойдет срабатывание защиты и поврежденное оборудование отключится от сети;

действительное значение тока однофазного короткого замыкания, которое будет иметь место в схеме при возникновении аварии ().

Определяем величину тока:

где -- номинальный ток плавкой вставки предохранителя электродвигателя (табл.3 [2]), ;

k -- коэффициент кратности тока (табл.3 [2]), .

.

Определяем полное сопротивление петли “фаза-нуль”:

,

где -- активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников (табл.3 [2]), , ;

-- внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников (табл.3 [2]), , ;

-- внешнее индуктивное сопротивление петли “фаза-нуль” (0,02 Ом).

.

Находим действительное значение тока однофазного короткого замыкания, проходящего в схеме в аварийном режиме:

,

где -- фазное напряжение (табл.3 [2]), ;

-- полное сопротивление петли “фаза-нуль”;

-- полное сопротивление трансформатора (табл.3 [2]), .

.

Так как условие выполняется, следовательно, отключающая способность зануления обеспечена и защитный проводник выбран правильно.

Для обеспечения автоматического атключения поврежденного электрооборудования от сети необходимо увеличить ток, проходящий в схеме в аварийном режиме. Это достигается путем искусственного создания в схеме режима короткого замыкания за счет введения в схему нулевого защитного проводника и обеспечения малого сопротивления для цепи “фаза-нуль” (в режиме к.з.).

Таким образом, величина тока однофазного короткого замыкания зависит от величины параметров нулевого защитного проводника. И расчет зануления сводится к проверке правильности выбора параметров нулевого защитного проводника ().

5. Проектирование силовой схемы автоматизированного электропривода и выбор комплектного преобразователя электрической энергии

5.1 Определение возможных вариантов и обоснование выбора типа комплектного преобразователя

Эффективное регулирование скорости асинхронного двигателя возможно лишь при наличии источника питания с регулируемой частотой. Причем при регулировании частоты питающего напряжения, подводимого к статору. Для реализации этих требований необходимо осуществлять питание двигателя от управляемого преобразователя частоты.

Рис. Функциональная схема преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока

В преобразователях частоты данного типа переменное напряжение питающей сети выпрямляется и через фильтр подается на автономный инвертор, который в свою очередь преобразует постоянное напряжение в переменное с регулируемой частотой. Благодаря наличию звена постоянного тока выходная частота преобразователя может регулироваться в широком диапазоне как вверх, так и вниз относительно частоты сети. Функциональная схема преобразователя, представленная на рис. …, содержит: выпрямитель В, индуктивно-емкостной фильтр Ф, автономный инвертор И с системой управления СУИ, осуществляющей регулирование напряжения и частоты в статических и динамических режимах в соответствии с принятыми законами частотного регулирования. Благодаря наличию звена постоянного тока выходная частота преобразователя может регулироваться в широком диапазоне как вверх, так и вниз относительно частоты сети. Выпрямитель выполняется по трехфазной мостовой схеме, реализованной на диодах. Силовая схема инвертора представляет собой трехфазную мостовую схему, реализованную на транзисторах IGBT с возвратными диодами.

Силовая схема преобразователя частоты представлена на рис. ….

Рис. Силовая схема трехфазного преобразователя частоты.

Из широкой гаммы преобразователей частоты, представленных на рынке, выбираем преобразователь частоты АТТ100. Преобразователи данного типа имеют скалярное управление, предназначенное для регулирования скорости в небольших диапазонах, что приемлемо для технологического процесса обжига кирпича.

Достоинством преобразователей этой марки является то, что они кроме набора стандартных технических характеристик имеют блочную структуру, что позволяет быстро и оперативно произвести замену вышедшего из строя блока или элемента. Это является очень важным фактором, так как преобразователь будет функционировать в непрерывном режиме. К тому же, при выходе из строя преобразователей частоты иностранных производителей является затруднительным их ремонт, так как они не имеют блочной структуры.

Краткая характеристика преобразователя:

Частотные преобразователи АТТ100 предназначены для плавного регулирования скорости трехфазных асинхронных электродвигателей в приводах различных устройств, требующих изменения частоты вращения: насосов, вентиляторов, конвейеров, станков и т.п.

Технические данные:

1.Питающее напряжение: 3-хфазное. U=380-480В+10%. Частота питающего напряжения:

f=48-52Гц.

2.Тип шасси: Ш3.

3.Номинальная мощность электродвигателя в длительном режиме (Рн, кВт): 37.

4. Номинальный входной ток (Iвх, А): 73.

5. Номинальный длительный выходной ток (Iвых, А): 76.

6. Номинальный максимальный выходной ток (Iвых max, А): 109.

Пределы защит:

1.Перегрузка по току (пиковая),А: 245.

2. Недостаток напряжения, В: 350…

3. Перенапряжение, В: 750.

4. Нагрев (температура радиатора): 70.

5. Максимальная длина кабеля, м: 100.

6. Минимальные сечения проводов, мм2: 16.

7. Моменты затягивания соединителей, Нм: 1.5-1.8.

Устройство и принцип работы преобразователя.

Преобразователь частоты АТТ100 состоит из следующих основных составных частей:

-Силовая часть:

1. Входной автоматический выключатель.

2. Выпрямительно-дроссельный блок.

3. Силовой конденсаторный фильтр.

4. Инверторный блок.

5. Корпус и охлаждающий радиатор.

-Система управления:

1.Плата блока питания.

2.Плата микропроцессора.

3.Плата драйверов управления силовыми ключами.

4.Плата датчика тока инвертора.

5.Цифровой пульт управления.

При включении автоматического выключателя, питающее 3-хфазное напряжение 380Вт подается на выпрямительный блок и происходит заряд конденсаторного фильтра. Напряжение на звене постоянного тока может находиться в диапазоне от 350В до 750В. Нижний предел достигается при низком напряжении уровня питающей сети и большой нагрузке преобразователя, а верхний - при частотном торможении двигателя, когда происходит рекуперация механической энергии привода в конденсаторный фильтр АТТ. Такая ситуация может возникнуть при малом времени разгона/торможения двигателя.

Инверторный блок, собранный на IGBT ключах, управляет непосредственно 3-фазным двигателем, подавая на него синусоидальное напряжение переменной частоты, которое сформировано методами широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на частотах от 3Гц до 16Гц. Данная частота определяет качество модуляции (приближение к синусоидальной форме), уровень шума и нагрев инверторного блока. Величина выходного напряжения преобразователя зависит от выходной частоты по определенному закону, устанавливаемому, в зависимости от требований к диапазону регулирования скорости, максимальному моменту и КПД двигателя. Сигналы управления поступают на IGBT ключи через драйверную плату, обеспечивающую гальваническую развязку цепей от специализированного 16-ти разрядного процессора, а также защиту от короткого замыкания инвертора по выходу.

Плата микропроцессора содержит энергонезависимую память для сохранения текущих настроек преобразователя после отключения питания.

По требованию заказчика изготовителем могут быть поставлены различные версии аналоговых пультов дистанционного управления, соответствующих как стандартным, так и специальным макросам управления.

5.2 Расчет параметров и выбор элементов силовой цепи

Выбор основных элементов электропривода.

Схема силовой части электропривода представлена на рисунке … и включает в себя следующие силовые элементы:

L1…L3 - токоограничивающие реакторы, предназначенные для ограничения скорости нарастания тока;

VS1…VS6 - тиристоры управляемого реверсивного выпрямителя, предназначенного для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока;

C, L - силовой фильтр, предназначенный для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения;

VT1…VT6 - транзисторы силового блока инвертора;

VD1…VD6 - возвратные диоды.

Рис. Принципиальная схема силовой цепи электропривода

Выбор силовых ключей инвертора.

В качестве силовых ключей рекомендуется использовать модули IGBT, в состав которого входят биполярные транзисторы с изолированными затворами и обратные диоды.

Предварительный выбор.

Номинальный фазный ток статора:

. ()

Средний ток через силовой ключ:

I_н.ср. ? k_з^.I_max, ()

где - k_з - коэффициент запаса, учитывающий перегрузку по току при коммутации ключа, k_з =2;

I_max - амплитудное значение тока в плече силовой цепи инвертора:

,

где I_ном - номинальный ток двигателя, А.

Выражение () примет вид:

I_н.ср. ? 2^.141,9 = 283,8 А. ()

Рабочее напряжение на силовом ключе:

U_раб. ? U_max + U_п.н.,()

где U_max - амплитудное значение напряжения в силовой цепи инвертора, В;

U_п.н. - коммутационное перенапряжение на ключе, В.

В,

где U_л = 380 В - линейное напряжение сети.

С учетом рекомендаций принимается значения перенапряжения U_п.н.=600В.

Выражение () принимает вид:

U_раб. ? 537,4 + 600 = 1137,4 В. ()

На основании выражений () и () по каталогу [] выбираются силовые модули IRGPH50KD2 в виде полумоста с обратными диодами со следующими технологическими параметрами. Технические параметры силовых модулей представлены в таблице .:

Таблица .Технические параметры силовых модулей IRGPH50KD2.

Величины	Значения
Напряжение коллекторно-эмиттерного перехода, В
Потеря напряжения на коллекторно-эмиттерном переходе при открытом ключе, В
Средний рабочий ток, А
Потеря активной мощности, Вт
Потеря энергии при вкл./откл., мДж

Выбор силовых вентилей выпрямителя.

а) Выбор тиристоров по току.

Действующее значение тока фазы:

()

Действующее значение тока:

 ()

Определим действующее значение тока через вентиль:

()

Предварительно выберем вентиль по соотношению:

()

где: - коэффициент, учитывающий отклонение условий работы вентилей от номинальных (. Принимаем .

- коэффициент запаса по току в рабочем режиме (. Принимаем .

Из справочника [] выбираем тиристор типа Т151-100 при естественном охлаждении с охладителем О151-80.

Для выбранного тиристора рассчитываем максимальный допустимый средний ток при заданном режиме и условиях работы:

()

где:

- пороговое напряжение, выбираем из справочника[],

- коэффициент формы тока,

- дифференциальное сопротивление, выбираем из справочника[],

- максимально допустимая температура,

- температура охлаждающей среды,

- тепловое сопротивление переход - среда,

где:

- тепловое сопротивление корпус - контактная поверхность охладителя [],

- тепловое сопротивление переход - корпус [],

- тепловое сопротивление контактная поверхность охладителя - охлаждающая среда [],

Выбранный тиристор должен удовлетворять условию:

49.7 52.25;

Условие выполняется.

Максимально допустимое напряжение, прикладываемое к вентилю, не должно превышать допустимого значения повторяющегося импульсного напряжения:

()

где:

- коэффициент запаса по напряжению,

- коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в сети,

- максимальное обратное напряжение на вентиле,

, где Uф - значение напряжения питающей сети, Uф = 220 В;

Т.е. тиристоры выбраны верно.

Выбор конденсаторов силового фильтра.

Суммарная емкость конденсаторов силового фильтра:

, ()

где U_d - среднее значение выпрямленного напряжения, В:

Тэ - постоянная времени нагрузки, с;

Rэ - активное сопротивление нагрузки, Ом;

Uс - допустимое повышение напряжения на конденсаторе.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Ud = kсх ^. Uф = 0,9^.220 = 198 В,

где U_ф =220 В - фазное напряжение сети;

kсх = 0,9 - коэффициент схемы для трехфазного выпрямителя.

Допустимое повышение напряжения на конденсаторе:

Uс = 0,1^. Ud = 0,1^. 198= 19,8 В.

Выражение () примет вид:

Ф.

Определяется максимальное допустимое напряжение на конденсаторе:

; ()

В.

На основе результатов полученных из выражений () и () выбираются конденсаторы силового фильтра [].

Размещено на Allbest.ru